鈦及鈦合金具有密度小、機(jī)械性能優(yōu)異、生物相容性好、耐腐蝕、耐高溫、低溫韌性好等特點(diǎn)，目前已被大量應(yīng)用干航空航天、船舶、汽車制造、醫(yī)療器械和運(yùn)動(dòng)器械等領(lǐng)域。

鈦棒、鈦管、鈦板等鈦合金材料的密度只有鋼的60％ ，而強(qiáng)度可以達(dá)到800MPa以上，在500℃左右仍然保持良好的機(jī)械性能， 且焊接和成形性能都較好，在20多年以前就已經(jīng)被應(yīng)用于賽車的制造上，大幅減輕了賽車發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量，同時(shí)提高了發(fā)動(dòng)機(jī)性能。隨著現(xiàn)代汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，人們對(duì)汽車的安全、舒適以及油耗等方面提出了更高的要求，這也促使鈦及鈦合金在汽車工業(yè)中得到更多的應(yīng)用。

鈦合金在汽車上的應(yīng)用

目前，汽車制造中所使用的鈦合金零部件主要分布住汽車排氣系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、傳動(dòng)和減振系統(tǒng)以及車體框架部分。

1、排氣系統(tǒng)

汽車排氣系統(tǒng)材料要求具有較好的高溫力學(xué)性能和耐S、Cl元素腐蝕性能。傳統(tǒng)的排氣門組件都是由不銹鋼制備的，但是人們發(fā)現(xiàn)鈦合金在性能方面更加適合用作排氣門材料。在新型的雪佛蘭CorvetteZ206汽車上使用的鈦制回氣管，有效地避免了不銹鋼管上出現(xiàn)的點(diǎn)蝕和焊縫銹蝕等問題，同時(shí)還提高了燃油的燃燒效率和加速能力，縮短了制動(dòng)距離。美國(guó)最大的鈦材制造商Timet一直致力于鈦合金排氣系統(tǒng)的研發(fā)與制造，日本多家公司也開展了相關(guān)的研制工作，目前，富士重工株式會(huì)社已經(jīng)限量生產(chǎn)了440套鈦合金車用排氣管。

2、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)是汽車領(lǐng)域使用鈦合金最多的部件。旱在20多年前，美國(guó)賽車手手Warren Johnson首次使用裝備五氣門增壓式804cc發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量只有85kg的賽車參賽，由于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由7 500r／min提高到了9 000r／min， 因此在1993年舉行的7次比賽中5次奪冠。鈦合金在發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)上的應(yīng)用主要有氣門、連桿、曲軸、氣門座等零部件。日本本田汽車公司在NSX賽車V一6發(fā)動(dòng)機(jī)中使用了鍛造鈦連桿；三菱汽車公司制造的高容量、四缸發(fā)動(dòng)機(jī)中使用了鈦氣門彈簧座，保時(shí)捷汽車中也使用了鈦連桿。

1）氣門。鈦合金氣門方面，美國(guó)和日本都進(jìn)行了大量的研究工作，美國(guó)目前普遍使用Ti一6Al一4V合金制造進(jìn)氣門，使用Ti．6A1—2Sn一4Zr-2Mo合金制造排氣門；而日本豐田公司則使用Ti一6A1—4V／TiB合金制備進(jìn)氣門，使用Ti—A1一z卜Sn—Mo-Nb—Si／TiB合金制備排氣門。這幾類鈦合金都具有較好的高溫力學(xué)性能、抗氧化和抗蠕變性能，有效改善了發(fā)動(dòng)機(jī)性能，提高了汽車速度。

2）氣門座。鈦合金氣門座在賽車和運(yùn)動(dòng)汽車上已得到廣泛的應(yīng)用，每年生產(chǎn)25萬套以上， 主要采用Ti一6Al一4V或Ti一5A1—2Cr一1Fe合金制備，由于氣門座形狀比較簡(jiǎn)單，所以在機(jī)械加工方面要求不高，且不需要特殊的表面處理，成本較為便宜，但在汽車減重方面效果明顯。

3）連桿。鈦合金連桿的使用巳夠有效減輕發(fā)動(dòng)的質(zhì)量，提高汽車性能。目前主要的制備材料為Ti一6Al-4V合金。日本大同株式會(huì)社目前正在開發(fā)一種兩相鈦合金Ti一3A 1-2~0．2S i-0．47Ce一0．27La，該合具有良好的切削性， 在力學(xué)性能、疲勞性能方面也叫優(yōu)異，期望用在發(fā)動(dòng)機(jī)的急加速、急減速的連桿部件上。

4）曲軸。鈦合金曲軸目前雖然沒有得到廣泛的應(yīng)用，但是日本專門開發(fā)的Ti-3AI-2.57合金已經(jīng)在本田賽車上面得到驗(yàn)證，在有效減輕質(zhì)量的同時(shí)，將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高了700r/min，證明了鈦合金曲軸的優(yōu)越性。同時(shí)，如本已經(jīng)在試制Ti-5Al一2Cr-Fe合金曲軸，期望鈦合金在曲軸部件上得到更加廣泛的應(yīng)用。

3、減振系統(tǒng)

汽車減振懸掛系統(tǒng)的核心部件就是懸簧。鈦合金相比于一般汽車彈簧用鋼而言，具有更高的比強(qiáng)度和更低的切變模量，抗疲勞強(qiáng)度也較高，更加適合用作制造汽車減振彈簧。由于彈簧的撓度圈數(shù)呈正比，與測(cè)量的切變模量成反比。因此，鈦合金彈簧在達(dá)到相同彈簧反應(yīng)的情況下，比鋼制彈簧需要更少的圈數(shù)，有效減輕了彈簧質(zhì)量，節(jié)約了空間。同時(shí)，鈦合金彈簧還能有效提高彈簧的共振頻率，提高其使用壽命。目前大部分的鈦合金彈簧都是用單相β鈦合金制備。德國(guó)大眾公司已經(jīng)在部分汽車上使用了Lupo FSI鈦合金彈簧，用量約為3500輛。

4、車體框架

車體框架部件 ，鐵合金較高的比強(qiáng)度，較低的密度以及良好的耐蝕性能，都說明其是良好的車體框架制備材料。目前，已經(jīng)有汽車公司在車檔支架，制動(dòng)器卡鉗活塞部件上使用鈦合金。變速器部件中，日本目前正在開發(fā)一種高旋壓成型法制備鈦合金外殼的工藝，與鋼制外殼相比，鈦合金外殼更好地減輕飛輪的沖擊，緩沖效果更好。

另外，鈦合金還在汽車緊固件等部件上得到了應(yīng)用，隨著鈦合金制備工藝和汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，鈦合金必將在汽車零部件上得到更多的應(yīng)用

鈦合金對(duì)汽車輕量化的意義

國(guó)外研究機(jī)構(gòu)測(cè)算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)汽車整備質(zhì)量下降10％，油耗可降低6％ ～8％。還有研究表明，汽車每減重91kg， 平均每升燃油可多行駛0.43km。因此，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，汽車保有量的小斷增加，汽車輕量化已經(jīng)成為減少能源消牦，降低空氣污染的重要途徑之一。

鈦肢鈦合金材料因其出色的物理化學(xué)性能，目前在汽車零部件中得到大量應(yīng)用。鈦材料的使用不僅有效提高了汽車的性能和安全系數(shù)，還在汽車輕量化方面發(fā)揮了重要作用，有效減輕了汽車整備質(zhì)量，降低了燃油消耗。

汽車排氣系統(tǒng)采用鈦制尾噴管一同氣管組件相比于傳統(tǒng)不銹鋼系統(tǒng)，大約能夠減重8.2kg。 發(fā)動(dòng)機(jī)零部件中氣門、連桿等部件使用鈦合金制品替代傳統(tǒng)鋼和鑄鐵材料都能夠有效減輕發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量。根據(jù)日本汽車工業(yè)的研究，汽車動(dòng)力閥使用約0.8kg的鈦材料零件相當(dāng)于20kg鋼制零件所達(dá)到的效果；每一個(gè)鈦制氣門座能夠減輕10kg左右的質(zhì)量，連桿和曲軸用于鈦合金，對(duì)減輕發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量最為有效。減振系統(tǒng)上面，每個(gè)鈦合金彈簧可比鋼制彈簧減輕60%以上的質(zhì)量，以每輛車4個(gè)懸簧計(jì)算，換用鈦合金彈簧之后，每輛車可減重9~13.6kg。另外，鈦合金消音器的質(zhì)量只有5～6kg，比不銹鋼消音輕40％。以普通中型轎車為例，如果用現(xiàn)有的鈦合金汽車零件替換掉傳統(tǒng)的零件，汽車整備質(zhì)量將有原來的1500kg減重至1000kg左右，減重率，減重率可達(dá)30％，綜合油耗可降低20％以上，這將大大減少全世界的燃油消耗，有效緩解能源緊缺和環(huán)境污染的問題。

以上數(shù)據(jù)顯示，鈦合金的使用在汽車輕量化方面效果明顯，在現(xiàn)代汽車工業(yè)中，應(yīng)不斷開發(fā)鈦及鈦合金在汽車零部件中的應(yīng)用技術(shù)，提高鈦合金在汽車上的應(yīng)用比例。

結(jié)論

目前鈦合金在我國(guó)汽車行業(yè)中的應(yīng)用還是處于嘗試階段。存在的主要問題是鐵合金材料成本過高，零部件不易加工等。因此，未來的主要仟?jiǎng)?wù)應(yīng)該是通過開發(fā)廉價(jià)的鈦合金材料，降低鈦合金原材料的生產(chǎn)成術(shù)等方式，降低鈦合金部件價(jià)格，通過改善加工上藝提高鈦合金零部件的加工效率。國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)表明，只有汽車設(shè)計(jì)制造方和鈦合金研制聯(lián)合，才能為汽車提供更加優(yōu)質(zhì)的鈦合金材料。相信隨著研發(fā)工作的不斷深入，鈦及鈦金在我國(guó)的現(xiàn)代汽車工業(yè)中必將發(fā)揮越來越重要的 用，推動(dòng)汽車工業(yè)的不斷發(fā)展。

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